Lezione 6 dicembre 2011 (illuminotecnica - unirc.it · L’illuminotecnica si pone come obiettivo l’acquisizione delle nozioni di base e la conoscenza di alcune tecniche e strumenti

LABORATORIO DI COSTRUZIONI

25 FEBBRAIO 2011ILLUMINOTECNICA

Obiettivi:

L’illuminotecnica si pone come obiettivo l’acquisizione delle nozioni di base e laconoscenza di alcune tecniche e strumenti orientati alla progettazione illuminotecnica,al fine di potere effettuare consapevoli scelte progettuali rispettose delle esigenze delcomfort visivo e del risparmio energetico.

Facoltà di Architettura

LABORATORIO DI COSTRUZIONIGli argomenti comprendono:- la descrizione delle caratteristiche fisiche della luce, delle grandezze fotometriche, della propagazione della luce nei mezzi e delle interazioni tra luce e materia- gli aspetti fisiologici e percettivi coinvolti nel meccanismo della visione- la caratterizzazione delle sorgenti sia di luce artificiale che naturale - i sistemi di controllo del flusso luminoso- metodologie per il calcolo degli illuminamenti- criteri generali di progetto per gli ambienti, considerando anche gli aspetti energetici


25 FEBBRAIO 2011La Luce

Che cosa è la luce?Il concetto di luce coinvolge immediatamente il concetto del meccanismo della visione e della percezione del mondo che ci circonda.

È il sistema visivo che grazie a un’azione combinata tra occhio e cervello ci consente di percepire l’ambiente in cui ci


LABORATORIO DI COSTRUZIONIconsente di percepire l’ambiente in cui citroviamo, di orientarci e riconoscere oggetti e persone.

La luce è una grandezza particolare poiché la sua definizione e la sua misura dipendono non solo da quantità fisiche oggettive, ma anche dal sistema visivo dell’essere umano.


25 FEBBRAIO 2011

La Luce

La luce è costituita da radiazioni elettromagnetiche in grado di stimolare la retina dell’occhio umano, producendo la sensazione visivaLunghezza d’onda λλλλ: distanza minima tra due punti che si trovano nella stessa posizione rispetto all’onda stessa (es. due punti di cresta consecutivi)Altezza massima o ampiezza dell’onda (m)Periodo T: intervallo di tempo (s) in cui l’onda si propaga di una distanza pari a λ (oscillazione), Frequenza νννν: numero di cicli o oscillazioni nell’unità di tempo


LABORATORIO DI COSTRUZIONILa velocità di propagazione nel vuoto è costante ed è detta “velocità della luce” ed indicata con c ed è indipendente dalla lunghezza dell’onda λ.

In un mezzo diverso dal vuoto essa èminore e dipende dal tipo di mezzo (rifrazione)


25 FEBBRAIO 2011

Il campo del visibile

Per una radiazione elettromagneticalunghezza d’onda e la frequenza sono inversamente proporzionali λ/Τ λ/Τ λ/Τ λ/Τ = v, λνλνλνλν = v.

Per dato mezzo di propagazione (v=c/n) al variare della frequenza, ossia della lunghezza d’onda, le radiazioni elettromagnetiche


LABORATORIO DI COSTRUZIONId’onda, le radiazioni elettromagnetiche presentano caratteristiche differenti.

La luce visibile dall’occhio umano è una piccola banda di lunghezze d’onda del campo elettromagnetico (10-12 metri -103 metri)380 – 760 nm (0,380 µµµµm-0,760µµµµm)1 nm = 10-9 m


25 FEBBRAIO 2011


Al variare delle lunghezze d’onda delleradiazioni nel campo del visibile varia la

Importante:Tali radiazioni sono percepibili dall’occhioumano perché innescano le attivitàelettrochimiche nervose alla base delmeccanismo della visione.

LABORATORIO DI COSTRUZIONIradiazioni nel campo del visibile varia lasensibilità dell’occhio e varia anche lapercezione di una qualità della luce, intermini di una qualità detta colore.Per lunghezze d’onda minori (vicine all’estremo inferiore del campo) si percepisce il viola ovioletto e spostandosi verso l’estremo superiore, si percepisce il rosso.

UV (λλλλ <<<< 380380380380 nm) e IR (λλλλ >>>>760760760760 nm)La maggior parte delle sorgenti luminose emettono anche IR e UV.La radiazione proveniente dal sole (sorgente primaria di luce) è compresa tra il campodell’UV e dell’IR e comprende quindi il visibile.


25 FEBBRAIO 2011

Il campo del visibile

Un corpo appare visibile o per emissione di radiazioni proprie o per riflessione o trasmissione di luce irraggiata da altri corpi. L’emissione di radiazioni proprie può avvenire per eccitazione termica o elettrica, fluorescenza, elettroluminescenza o luminescenza chimica.

Sorgenti di luceI corpi che emettono radiazioni


Sorgente primaria artificialeLABORATORIO DI COSTRUZIONI

I corpi che emettono radiazioni proprie sono detti sorgenti primarie e a loro volta si distinguono in sorgenti artificiali e naturali. I corpi che trasmettono o riflettono radiazioni provenienti da altri corpi sono detti sorgenti secondarie.

artificiale

Sorgente primaria naturale

Sorgente secondaria


25 FEBBRAIO 2011Flusso luminosoLe grandezze illuminotecniche sono soggettive, a differenza di quelle energetiche viste per l’irraggiamento.La grandezza che definisce il passaggio da energetica a soggettiva è il flusso luminoso.L’occhio umano “medio” è sensibilizzato da radiazioni elettromagnetiche comprese tra 380 nm e 760 nm. A ciò si aggiunge il fatto che la visibilità non è la stessa per tutte le lunghezze d’onda ma varia secondo la curva



Questa funzione V(λλλλ) rappresenta la sensibilità dell’occhio e assume valore unitario per λ= λmax . Tale funzione decresce verso gli estremi del visibile fino ad annullarsi

Visione diurna e notturna: Curva di visibilità rela tiva

Questo valore è il valore di passaggio dalla grandezza energetica alla grandezza soggettiva

Al massimo di visibilità è associato un valore di 683 lumen/Watt


25 FEBBRAIO 2011Visibilità dell’occhio umano


Si consideri un flusso radiante w1 alla lunghezza d’onda λ1 che determina una sensazione visiva.Si consideri inoltre un flusso radiante w2 alla lunghezza d’onda λ 2 che determina la stessa sensazione visiva del precedente. Allora:

w(λ1)·K(λ1) = w(λ2)·K(λ2)LABORATORIO DI COSTRUZIONI

w(λ1)·K(λ1) = w(λ2)·K(λ2)

Se λ1 = 555 nm allora K(λ) = Kmax

Kmax = 683 lumen/Watt


25 FEBBRAIO 2011

Come si esprime la luce

Si definisce flusso luminoso, e si indica con Φ, la radiazione visibile emessa da una sorgente oppure ricevuta da una superficie, per unità di tempo. Nel SI si esprime in lumen (lm). Il flusso luminoso nello studio illuminotecnico è legato alla potenza energetica della sorgente di emissione, o anche al flusso energetico Φe , [W].

FiguraLumen emessi da una sorgente non dipendono


LABORATORIO DI COSTRUZIONILumen emessi da una sorgente non dipendono solo dai watt (23x2=46 W, 3000 lm)Il legame tra lumen e watt dipende dallacomposizione spettrale della radiazioneluminosa emessa dalla sorgentein relazione alla sensibilità dell’occhio umano alle diverse lunghezze d’onda.


25 FEBBRAIO 2011

Flusso luminoso

Per radiazioni monocromatiche si può scrivere:

Φλ =K(λ)w (λ) [Watt]

Per sorgenti policromatiche:


∫760LABORATORIO DI COSTRUZIONI∫=

760

380

)()( λλλφ dwK


25 FEBBRAIO 2011Relazione tra watt e lumenPer convenzione si assume che ad una radiazione monocromatica, emessa nel campo del visibile, alla lunghezza d’onda λmax=555 nm (massima sensibilità in visione fotopica) corrispondano 683 lm ad ogni watt (il max possibile). Spostandosi verso gli estremi del visibile, ad ogni Watt corrispondono sempre meno lumen, sino ad annullarsi in corrispondenza degli estremi.



Laboratorio di Costruzioni

Modulo di Impianti


25 FEBBRAIO 2011Si definisce allora coefficiente di visibilità spettrale (lm/W) o monocromatico è il rapporto tra il flusso luminoso monocromatico e quello energetico corrispondente.


In condizioni di visione fotopica, esso è massimo e pari a 683 lm/W per λ = λmax = 555 nm.

)(/)()( λλφλ dwdK =


Si definisce poi fattore di visibilità:

)(/)()( max λλλ dwdwV =


25 FEBBRAIO 2011In sintesiFattore di visibilità spettrale V(λ):- è adimensionale- vale al massimo 1 per λ = λmax

Coefficiente di visibilità spettrale K (λ)- dimensionale- il valore massimo K = 683 lm/W per visione fotopica


)(/)()( λλφλ dwdK =

)(/)()( max λλλ dwdwV =

LABORATORIO DI COSTRUZIONI- il valore massimo Kmax= 683 lm/W per visione fotopica

Se si conosce il flusso energetico (W), come si fa a ricavare il corrispondente flusso luminoso? Per data λ:

)()(683)()()( λλλλλφ dwVdwKd =⋅=


25 FEBBRAIO 2011Coefficiente e fattore di visibilità spettraleEsempio: ad una radiazione ΔΦe = 20 W, monocromatica a 555 nm corrispondonoΔΦv= Kmax·V(λmax) · ΔΦe = 683·1·20= 13660 lm

Se invece la lunghezza d’onda è 500 nm, sempre ad una radiazione di 20 W corrispondono:ΔΦv=Kmax·V(λ) · ΔΦe= 683·0,32·20= 4371,2 lm




25 FEBBRAIO 2011

Flusso luminoso

Per sorgenti policromatiche:


∫∫ ==760760

)()(683)()( λλλλλλφ dwVdwKLABORATORIO DI COSTRUZIONI∫∫ ==380380

)()(683)()( λλλλλλφ dwVdwK


25 FEBBRAIO 2011




25 FEBBRAIO 2011


RadianzaLABORATORIO DI COSTRUZIONI

Illuminamento Luminanza

Le grandezze fotometriche

INTENSITA’ LUMINOSA I rappresenta la quantità di flusso luminoso emessa in una specifica direzione. Data una sorgente puntiforme, l’intensità luminosa (I) esprime il flusso emesso da tale sorgente infinitesima, nell’angolo solido elementare ωωωω attorno ad una data direzione r.Impossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se v iene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo.

ΙΙΙΙ = dΦΦΦΦ / dωωωω [candele]ΙΙΙΙ = dΦΦΦΦ / dωωωω [candele]

DovedΦΦΦΦ = flusso luminoso emesso [lm]dωωωω= angolo solido [sr]ΙΙΙΙ = candela [cd]

1 cd= Kmax (1/683) [W/sr]

Il solido fotometricoI punti estremi dei vettori intensità che caratterizzano una sorgente individuano nello spazio un solido, detto solido fotometrico. Si definisce solido fotometrico la rappresentazione tridimensionale delle intensità luminose emesse da una sorgente nello spazio.

Intersecando il solido con dei piani passanti per l’asse ottico si ottengono le "curve fotometriche".Le ditte produttrici di apparecchi illuminanti forniscono i dati relative alle curve fotometriche sottoforma di tabelle o di diagrammi cartesiani o polari.I diagrammi polari in genere si riferiscono ai due piani di simmetria che contengono l’asse ottico

Il flusso luminoso globalmente emesso si ottiene integrando l’intensità luminosa a tutto lo spazio.


ILLUMINAMENTO E rappresenta il flusso luminoso incidente su una superficie per unità di area della stessa (dS):

E = dΦΦΦΦ / dS [lux]

L'illuminamento orizzontale in un punto di un piano non perpendicolare alla direzione dell'intensità luminosa se il piano è orizzontale (dS0=r2dωωωω/cosγγγγ) è:

E0 = dΦΦΦΦ/ dS0 [lux]

γωφ

cos120 rd

dE =

Essendo l’intensità luminosa ΙΙΙΙ=dΦΦΦΦ/dωωωω e la distanzar = h /cosγγγγ, l’illuminamento risulta:

20 hcos

IEγ=

2p hI

E =

L’illuminamento in un punto di un piano perpendicolare alla direzione di incidenza della luce è dato dalla seguente espressione:


La LUMINANZA L misura la luminosità e la quantità direzionale dell’intensitàluminosa.Nello specifico la luminanza di una sorgente nella direzione αααα viene definita comeil flusso luminoso emesso per unità di area proiettata normalmente alla direzionedi propagazione e per unità di angolo solido:

αcosdA

dIL = [nit]

Nel caso di superficie perfettamente

diffondente, che segue la legge di Lambert la luminanza diventa:

L = Lαααα = Ln [nit]


La RADIANZA M rappresenta la quantità totale di flusso luminoso riflesso o trasmesso da una sorgente. dA

dM

φ=

Se ρρρρ è il coefficiente di riflessione della superficie si ha:M = ρρρρ E

Se ρρρρ è uguale a 1 e ciò avviene per una superficie perfettamente riflettente lambertiana (bianca) si ha: M = ESe la superficie ha un fattore di trasmissione ττττ :

M = ττττ E


GRANDEZZA

FOTOMETRICA

SIMBOLO ESPRESSIONE

MATEMATICA

UNITA’ DI MISURA

Flusso luminoso Φ K(λ)w (λ) lumen [lm]Flusso luminoso Φ K(λ)w (λ) lumen [lm]

Intensità luminosa I dΦ/dω candela [lm/sterad]

Illuminamento E dΦ/dA lux [lm/m2]

Luminanza L dI/dAcosα nit [cd/m2]

Radianza M dΦ/dA lux [lm/m2]

ColorimetriaI colori degli oggettiI colori degli oggetti derivano dalle caratteristiche spettrali della luce che incide su essi e dalle proprietà monocromatiche di assorbimento, riflessione e trasmissione degli oggetti stessi.Gli oggetti su cui incide la luce riflettono, assorbono e trasmettono le radiazioni in funzione della lunghezza d’onda.La composizione spettrale delle radiazioni provenienti dall’oggetto stimola in misura differente i tre tipi di coni presenti sulla retina, producendo la sensazione di colore.

La luce riflessa produce la sensazione del rosso

La luce trasmessa produce la sensazione del verde

ColorimetriaLa colorimetria identifica e misura i colori con una metodologia sistematica, aprescindere dalla risposta soggettiva dell’osservatore.Il colore di un oggetto è individuato dalla composizione spettrale della radiazionevisibile proveniente da esso.Le tre tipologie di coni presenti sulla retina hanno una sensibilità diversa al variaredella lunghezza d’onda: la visione di un particolare colore è data dalla combinazionedei tre stimoli, di differente intensità, provenienti dai tre recettori.

MMSL

Sensibilità spettrale dei tre tipi di coni

ColorimetriaI valori tristimoloSi supponga che sulla retina incida una radiazione monocromatica a 480 nm: gli stimoli relativi rispetto alla massima sensibilità di ciascun recettore sono:S = 0,55 (il cono S è stimolato al 55%)M = 0,18 (il cono M è stimolato al 18%) L= 0,10 (il cono L è stimolato al 10%)

Se la lunghezza d’onda è di 575 nm, si ha:S = 0 0% il cono S non è stimolatoM = 0,10 10%L= 0,62 62%L= 0,62 62%

Stimoli prodotti da radiazioni monocromatiche

Ad ogni lunghezza d’onda, cioè ad ogni colore dello spettro è quindi associata una tripletta di valori.Non esiste alcuna lunghezza d’onda nel campo del visibile cui corrisponde lo stimolo di un solo tipo di cono, essendo gli altri due nulli. Ciò significa che almeno due stimoli sono diversi da zeroI valori si azzerano tutti agli estremi del campo del visibile

Mescolando più colori tra loro se ne ottengono altri1. La sintesi additivaSi ottiene quando si sommano le radiazioni luminose caratterizzate da differenti frequenze. La somma di tre radiazioni primarie consente di ottenere la luce bianca.Colori primari: colori che mescolati tra loro consentono di ottenere tutti gli altri colori, se li mescolo a due a due non posso ottenere il terzo, cioè sono indipendenti l’uno dall’altro.Mescolandoli tutti e tre ottengo la luce bianca, che è ottenuta dalla miscela rosso - verde - blu. Il nero è dato dall’assenza delle tre radiazioni.Supponiamo di avere tre colori primari rosso-verde-blu Se si mescolano il rosso e il verde si ottiene il giallo che è complementare del bluSe si mescolano il rosso e il verde si ottiene il giallo che è complementare del bluMescolando il rosso e il blu si ottiene il magenta che ècomplementare del verdeDal verde e blu si ottiene il ciano che è complementaredel rosso

La sintesi additiva comporta la manipolazione dellesorgenti di luce. Il monitor della televisione utilizza i colori additivi.

Le leggi di Grassmann – 1854 (8 leggi fondamentali per la composizione dei colori)1. Ogni colore può essere riprodotto dalla miscela di non più di tre colori detti primari, scelti in modo tale che nessuno di essi possa essere ottenuto miscelando gli altri due.

2. Vale la relazione: Lc1(C1) = L1(R) + L2(G) + L3(B), detti R, G e B i colori primari componenti

3. Se un colore ha luminanza pari a: Lc1(C1) = L1(R) + L2(G) + L3(B) e si moltiplica ogni luminanza per un fattore n il colore risultante C1 avrà luminanza pari nLc1

si ha:si ha:nLc1(C1) = nL1(R) + nL2(G) + nL3(B)

4. La luminanza della miscela di due colori è uguale alla somma delle luminanze dei singoli componenti:

se Lc1(C1) = L1(R) + L2(G) + L3(B) e Lc2(C2) = L’1(R) + L’2(G) + L’3(B)allora:Lc1(C1)+ Lc2(C2) = (L1+ L’1)(R) + (L2+ L’2) (G) + (L3+ L’3) (B)

Le leggi di GrassmannSi riferiscono alle proprietà delle combinazioni di colore

5. Le combinazioni di colore godono della proprietà additiva: se C1= C2 e C3= C4, allora si ha C1+ C3 = C2 + C4

6. Le combinazioni di colore godono della proprietà sottrattiva: se C1= C2 e C3= C4, allora si ha C1 - C3 = C2 - C4

7. Le combinazioni di colore rispettano la proprietà transitiva: 7. Le combinazioni di colore rispettano la proprietà transitiva: se C1 = C2 e C2 = C3, allora si ha C1 = C3

8. I componenti di una miscela di colore non possono essere distinti separatamente dall’occhio, cioè l’occhio non è in grado di percepire la composizione dei diversi colori, a differenza di quanto accade per l’udito nei confronti del suono.

Cenni di colorimetria

La colorimetria è la scienza che classifica i colori. I primi studiin questa disciplina furono condotti da eminenti scienziati qualiIsaac Newton, Thomas Young e James Clerk Maxwell. I sistemioggi utilizzati per la valutazione oggettiva dei colori sonoessenzialmente due:

- Il SISTEMA CIE (Commission Internationale pourl’Eclarage)l’Eclarage)

- Il SISTEMA MUNSELL

A livello italiano la denominazione ufficiale dei colori è definita dallaNORMA UNI 9810:1991 .


Il SISTEMA COLORIMETRICO CIE

Le quantità X, Y e Z sonochiamate componentitricromatiche e possono esseredefinite con rapportiadimensionali x, y, z, dettiadimensionali x, y, z, detticoordinate tricromatiche:

ZYXX

x++

=ZYX

Yy

++=

ZYXZ

z++

=


Il SISTEMA COLORIMETRICO CIEImpossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se v iene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo.

I colori con identiche coordinate appaiono equivalenti da un punto di vista cromatico: i colori rossi ricadono in una certa zona, i verdi in un’altra e così via.così via.

La curva a campana è ottenuta congiungendo i punti rappresentativi delle radiazioni monocromatiche da 380 a 780 nm.

SISTEMA DI MUNSELL

I colori di Munsell sono classificati secondo tre qualità:

a) TONO O TINTA: è legato alla lunghezza d’onda dominante ed individua il colore con cui viene visto ad esempio un oggetto (rosso, giallo, blu etc.)

b) PUREZZA O SATURAZIONE: è la vivacità del colore che quindi si differenzia dalla visione del grigio (solo una lunghezza d’onda monocromatica può fornire un colore puro; lo stesso colore può essere ottenuto con luci diverse, ma la sua “saturazione” diviene sempre più modesta).

c) LUMINANZA O LUMINOSITA’: esprime l’intensità luminosa nella direzione della visione.visione.


Il SISTEMA DI MUNSELL

Proprietà ottiche dei materiali

Radiazione solare Radiazione solare incidente su un corpo


Impossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se v iene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo.

Definita ΦΦΦΦa la quota di flusso assorbito, si definisce FATTORE DIASSORBIMENTO αααα, caratteristico del materiale in oggetto, il rapporto:

i

a

φφα = dove ΦΦΦΦ

iè il flusso incidente.

Le superfici colorateLe superfici coloratehanno αααα<1 poichétrattengono la quota dienergia delle radiazionicon lunghezza d’onda λλλλche sono presenti nellaluce incidente, ma nonsono riflesse dallasuperficie colorata.


Si definisce il FATTORE DI RIFLESSIONE ρρρρ come il rapporto tra flusso riflesso ΦΦΦΦr e flusso incidente ΦΦΦΦi:

i

r

φφρ =




Riflessione speculare

Riflessione mista

Riflessione diffusa


Il FATTORE DI TRASMISSIONE ττττ è dato dal rapporto tra flusso trasmesso ΦΦΦΦt e flusso incidente ΦΦΦΦi:


i

t

φφτ =

Nei materiali trasparenti la radiazione incidente subisce il fenomeno della rifrazione ottica che consiste nel cambiamento della traiettoria di propagazione ogni volta che si verifica un transito da un mezzo ad un altro.

n1 senαααα1 = n2sen αααα2

Legge di Snell (1591-1626):

n1 senαααα1 = n2sen αααα2

In cui n1 ed n2 sono gli indici di rifrazione assoluti dei due mezzi, dati dal rapporto tra la velocità della luce nel vuoto c e la velocità della luce nel mezzo considerato c’.

a1 v

cn =

v2 v

cn =

1

2

a

v

v

a

2

1

v

v

v

v

n

n

αα

sen

senc

c

===

Rifrazione

È sempre n>1essendo sempre c >v

La rifrazioneNel passaggio da un mezzo ad un altro, i raggi luminosi vengono deviati e nelpassaggio da un mezzo meno denso ad un più denso vengono rallentati e deviati

verso la normale alla superficie di separazione tra i due mezzi. Il contrario avvienequando si passa da un mezzo più denso ad uno meno denso. Nell’attraversare uncorpo, se le sue superfici estreme sono parallele (ad esempio lastra di vetro), idue effetti si annullano, e la direzione di propagazione in uscita risulta invariata,altrimenti si ha una deviazione complessiva dei raggi (caso del prisma).

αi≠βr


25 FEBBRAIO 2011


In sintesiQuando un raggio luminoso incide su una superficie piana di separazione tra due mezzi trasparenti, una parte della luce attraversa la superficie di separazione e si propaga nel nuovo mezzo. In assenza di fenomeni di dispersione, nel passare nel nuovo mezzo il fascio luminoso devia dalla direzione di propagazione (RIFRAZIONE).Valgono le seguenti leggi:1. Il raggio incidente, quello rifratto e la normale alla superficie di confine nel punto di incidenza giacciono tutti sullo stesso piano.LABORATORIO DI COSTRUZIONI

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incidenza giacciono tutti sullo stesso piano.2. L’angolo di incidenza e quello di rifrazione sono legati dalla seguente relazione:n1 senθ1 = n2 sen θ2

La prestazione visiva

Il concetto di prestazione visiva (visual performance) fu introdottoda Weston nel 1949, intendendo con tale termine il rapporto tra illavoro svolto ad un dato illuminamento e quello svolto con unlivello di illuminamento ideale.Di fatto Weston individuò una serie di fattori che influenzavano taleprestazione:

•luminanza e colore del compito visivoluminanza e colore del compito visivo

•contrasti di luminanza e di colore tra il dettaglio e lo sfondo

•dimensioni angolari e forma del dettaglio

•posizione del dettaglio nel campo visivo

•efficienza dell’apparato visivo dell’osservatore

•tempo di osservazione

•grado di attenzione

•difficoltà del compito visivo

Il CONTRASTO DI LUMINANZA C può essere espresso mediante l'equazione:• L2 è la luminanza dell'oggetto;• L1 è la luminanza dello sfondo. 1

12

L

LLC

−=


I contrasti di luminanza sono essenziali ai fini della percezione visiva perchésenza un sufficiente valore di contrasto nulla si può vedere. Il problema èperò quello di ottenere un giusto equilibrio di luminanze.


I LIVELLI DI ILLUMINAMENTO si possono misurare con il luxmetro in fase di collaudo e con alcune procedure di calcolo in fase di progetto.

L’illuminamento (lux) si esprime come la quantità di flusso luminoso (lumen) per ogni metro quadrato di superficie investita dai raggi luminosi.I livelli di illuminamento. Impossibile v isualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se v iene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo.


LIVELLI DI ILLUMINAMENTO per luoghi e attività e compiti visivi proposti dalla CIE nel 1987 in base agli studi di Weston.


L’ABBAGLIAMENTO è uno dei fattori del progetto illuminotecnico che richiede più attenzione. È la condizione in cui, per effetto di luminanze molto elevate o di differenze di luminanze troppo accentuate la percezione visiva risulta difficile o si viene a creare un senso di "discomfort". Si può determinare l’abbagliamento, ad esempio, in funzione dei valori dicontrasto:•C = 2-2,5 valori di contrasto ottimali•C = 9-12 abbagliamento•C = 9-12 abbagliamento

=

2

2

b10 p

LL25,0

log8UGRωΣ

Lb

è la luminanza di sfondo in cdm-2, calcolata con

(Eind è l’illuminamento verticale);L è la luminanza in cdm -2

ωωωω è l’angolo solido, in steradianti,p è l’indice di posizione di Guth, che è funzione dello

scostamento angolare rispetto all’asse della visione, per ognisingolo apparecchio di illuminazione.

METODO TABELLARE CIE

Abbagliamento

Se le differenze di luminanza all’interno del campo visivodiventano eccessive si verifica il fenomeno dell’abbagliamento,causando fastidio o diminuizione delle capacità visive.

Abbagliamento diretto

Abbagliamento

Abbagliamento riflesso

Abbagliamento diretto

Presenza di superfici o oggetti (sorgenti luminose,vetrate, il sole) con luminanza molto elevata

Riflessione di oggetti posti sul piano di lavoro dellaluce proveniente da altri corpi.


L’acuità visuale migliora con l’aumento della DURATA DELL’ESPOSIZIONE da 400 ms a 600 ms. Questo fenomeno è particolarmente evidente in circostanze di breve durata, per esempio inferiori ad 1 secondo, in cui fattori come il contrasto e la luminanza determinano sempre più l’acuità visuale.


Requisiti per il comfort visivo:

- un livello adeguato di illuminamento- una sufficiente uniformità di illuminamento- una buona distribuzione delle luminanze- assenza di abbagliamento- una corretta direzionalità della luce- una buona resa cromatica delle sorgenti e degli ambienti

Comfort visivo

- una buona resa cromatica delle sorgenti e degli ambienti

E’ necessario definire per loro dei valoriassoluti di riferimento, ed anche dei criterie degli indici di distribuzione e diuniformità.

Illuminamento

Luminanza

Resa Cromatica Buona resa cromatica degli apparecchi di illuminazione

Normativa Italiana in merito al comfort visivo:

L’illuminamento influenza la capacità di un individuo dipercepire piccoli dettagli ad una data distanza (acuitàvisiva) ma anche la velocità di percezione, cioè il temporichiesto per compiere un compito visivo .

Comfort visivo

Normativa Italiana in merito al comfort visivo:- UNI 10380/A1- UNI 10840

Prevedono dei valori di soglia per l’illuminamento e per l’uniformità diilluminamento sui piani di lavoro e nei locali in relazione ai compitivisivi previsti

Luce Naturale

Luce artificiale

Illuminamento

Le sorgenti artificialiLe sorgenti primarie di luce artificiale, dette lampade, sono alimentate daenergia elettrica e generalmente inserite in dispositivi realizzati conmateriali riflettenti e/o rifrangenti atti ad effettuare il controllo inintensità (attenuazione) e direzionalità del flusso luminoso da esseemessa.L’insieme della lampada e del dispositivo di controllo è detto apparecchioilluminante.

Le lampade attualmente esistenti si dividono in tre gruppi principali, a seconda del principio utilizzatoper produrre la luce:- incandescenza;-scarica in gas;

La corrente elettrica nel primo caso rende incandescente un filamento metallico; nel secondo eccita

Sorgenti artificiali

secondo eccitauna miscela gassosa, nel terzo genera un campo elettrico.In tutti i casi viene provocata l’emissione di radiazioni, di cui solamente una parte visibile.

Tipologie di lampade

Sorgenti artificiali

Caratteristiche di una sorgente artificiale:

- Flusso luminoso- Efficienza luminosa- Resa cromatica- Tonalità della luce- Durata- Durata- Distribuzione spaziale dell’intensità luminosa (solido fotometrico)

Parametri caratteristici delle lampade

Tensione di alimentazione: indica la tensione, in Volt, di alimentazione elettrica (trasformatore).Potenza elettrica: rappresenta, in watt, la potenza necessaria al funzionamento della lampada.Flusso luminoso: rappresenta la quantità di luce emessa dalla Flusso luminoso: rappresenta la quantità di luce emessa dalla lampada ed è espressa in lumen.Efficienza luminosa η: è espressa dal rapporto tra il flusso luminoso emesso dalla lampada e a potenza elettrica necessaria al funzionamento della stessa [lm/W].

Parametri che dipendono sia dalla lampada che dall’apparecchio

a) Flusso luminoso Curva

fotometrica

La scelta della sorgente



b) Efficienza luminosa η rapporto tra energia luminosa emessa ed energia elettrica assorbita (lumen/watt)

c) Tempo di accensione e riaccensione (s)

d) Temperatura di colore (K) e resa cromatica Ra si determina confrontando la luce emessa dalla lampada in esame con la luce di una


confrontando la luce emessa dalla lampada in esame con la luce di una lampada con Ra =100.

VALORI DI Ra GIUDIZIO

90 < Ra < 100 OTTIMO

80 < Ra < 89 MOLTO BUONO

70 < Ra < 79 BUONO

60 < Ra < 69 DISCRETO

40 < Ra < 59 SUFFICIENTE

Ra < 40 SCARSO

e) dimensioni fisiche e

forma



Durata di vita numero di ore di funzionamento (h)

Possibilità di essere collegati alla rete elettrica


Resa cromaticaI colori dipendono dalla composizione spettrale della luce che giunge sull’oggetto.Se le sorgenti contengono in modo uniforme un po’ in tutte le frequenze del visibileallora i colori appaiono al meglio. Viceversa, le sorgenti che difettano non sempreconsentiranno di ottenere una buona resa dei colori.

• Le lampade sono inserite in appositi apparecchi illuminanti che hanno lo scopo di modificare le caratteristiche illuminotecniche delle lampade in termini di direzione e intensità

• Le caratteristiche costruttive degli apparecchi dipendono dai componenti usati per diffondere, proiettare e schermare la luce, ossia:

• riflettori;

• rifrattori;

• diffusori;

Caratteristiche degli apparecchi illuminanti

• diffusori;

Gli apparecchi luminosi

Funzione tecnica: ospitare fili elettrici e protezioneFunzione estetica: deviare e guidare flusso luminoso per ottenere effetto voluto da progettista

Riflettori Parabolici



Riflettori Parabolici


Lenti


Distribuzione del flusso luminoso

Classificazioni del tipo di illuminazione in funzione della percentuale di flusso emessa verso l’alto o verso il basso.



L’invenzione di Thomas Edison risale al 1879 si basa sul principio che un metallo surriscaldato emette radiazioni nel campo del visibile

Le parti in cui è composta:

Lampade ad incandescenza

• Il tungsteno di cui è costituito il filamento di una lampada adincandescenza, portato ad alta temperatura incomincia a sublimare,andandosi a depositare sulla superficie interna del bulbo in vetro.

• Questo fenomeno fisico è alla base dell’invecchiamento e della riduzionedel flusso luminoso, in quanto il bulbo annerito lascerà passare una minorquantità di flusso ed il filamento, assottigliato a causa della sublimazione,


quantità di flusso ed il filamento, assottigliato a causa della sublimazione,diventa più fragile e si spezza.

Caratteristiche

a) Temperatura di colore ottima (2800 K luce calda)

b) Resa cromatica ottima (Ra=100)

c) Efficienza bassa (η=12lm/W per lampade da 100 W)


d) Durata bassa (in media 1000 h)

e) Direttamente collegabili alla rete elettrica

f) Il flusso luminoso può essere graduato tramite variatori

g) Forniscono istantaneamente il flusso

Negli anni ‘50 è stato inventato un ciclo di rigenerazione del filamento per aumentare la vita utile della lampada


Lampade ad incandescenza alogene

Lampada PAR:

Lampada nuda o con riflettore incorporato.

Nel primo caso possono essere utilizzate a vista oppure all’interno di apparecchi diilluminazione dotati di riflettore per ottenere un fascio luminoso di determinata

ampiezza.

Nel secondo caso la lampada, essendo dotata di riflettore, dovrà essere scelta infunzione dell’ampiezza del fascio luminoso e l’apparecchio di illuminazione nel quale

Lampade ad incandescenza alogene

funzione dell’ampiezza del fascio luminoso e l’apparecchio di illuminazione nel qualeandrà collocata ha la solafunzione di proteggerla e collegarla alla rete di alimentazione.Il riflettore può essere in alluminio oppure in vetro con trattamento della superficieriflettente

Lampada alogena con riflettore incorporato (Doc. OSRAM).

Furono realizzate da Cooper, Hewitt, Moore agli inizi del XX secolo e commercializzate negli anni 1930


Lampade a scarica

La ricerca della forma più valida da adottare per quanto riguarda la piegatura del tubo

Lampade a scarica compatte

Diverse tipologie di compatte

Il cuore della lampada è costituito da un tubo di scarica in quarzo di piccole dimensioni per resistere alle alte temperature e pressioni

Lampade a scarica a vapori di mercurio

Lampade a scarica a vapori di sodio

Le prime applicazioni risalgono al 1932 quando furono installate da tecnici Philips per l’illuminazione stradale

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Lezione 6 dicembre 2011 (illuminotecnica - unirc.it · L’illuminotecnica si pone come obiettivo l’acquisizione delle nozioni di base e la conoscenza di alcune tecniche e strumenti